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국립 안동대학교(총장 권태환) 기계설계공학과 안태창 교수 연구팀은 포스텍 기계공학과 연구팀(신정활 박사, 김건휘 박사과정, 임근배 교수)과 공동연구를 통해 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트 (Scientific Reports)’에 눈물보다 100만 배나 작은 물방울을 정밀하게 제어할 수 있는 기술을 발표했다.

이 기술은 전기장을 이용해 탐침 형태의 나노 전극의 표면을 따라 초 미세 유체(pL: 10-12 L)를 이송하는 기술이다. 이러한 기술을 이용하면 단일 세포 수준에서 세포 내/외부로 유체 이송이 가능하며 세포 단위의 생명 현상 규명에 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

 특히, 매우 작은 나노 탐침을 사용하기 때문에 세포에 손상 없이 생체물질 (DNA, RNA, 단백질 등)과 같은 약물을 세포 내로 주입하거나 세포 내부에서 추출할 수 있어서 분자 단위의 생체 현상 모니터링에 활용될 수 있을 것이며, 나아가 인체의 뇌 혹은 심장과 같은 기관에 손상 없이 삽입되어 질병의 모니터링에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

 연구팀은 탄소나노튜브를 이용해 제작된 나노 크기의 전극을 이용하여 3-volt 미만의 낮은 전기장에서 미세한 유체의 유동을 제어하고, 이를 이론적으로 규명했다. 본 현상은 전기삼투 (Electro-osmosis)에 의해 유도된 유체 흐름이다. 전극의 크기가 작아질수록 유체와 전극 간의 계면에서 발생하는 메니스커스의 크기가 작아지며, 작아진 메니스커스에서 더 큰 전기력을 받아 결국은 낮은 전압에서 나노 전극을 따라 초 미세 유체 유동을 제어할 수 있음을 확인했다.

초 미세 유체의 흐름은 전압의 크기, 전극 간의 거리 및 전극 물질에 영향을 받으며, 제어 가능한 유량은 pL/min 수준이다. 일반적인 전극은 그 크기가 커질수록 더 높은 전압에서 유체를 이송할 수 있으나, 본 연구실에서 개발한 탄소나노튜브 나노 전극은 전극의 크기에 관계없이 더 낮은 전압에서 유체를 이송할 수 있음을 밝혀낸 것이다.